渗碳件的组织性能、常见缺陷及质量检验

1、 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程渗碳件的组织性能、常见缺陷及质量检验主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院渗碳件的组织性能、常见缺陷及质量检验一、渗碳件的组织性能 钢件渗碳后，从表面到心部形成了一个碳浓度梯度层。如图1所示，渗碳后缓冷，将得到珠光体类型的组织，由表面向内依次为过共析区（珠光体网状渗碳体）、共析区（珠光体）、亚共析区（珠光体铁素体，且铁素体的量由外向内不断增加），直至原始组织，就好像把Fe-C相图中不同碳含量的钢的组织连续地排列在一起。显然，这种组织既满足不了渗碳件表面高硬度、高耐磨性的要求，也满足不了心部强韧性的要求。为了满足这些要求，渗碳后必须进

2、行淬火和回火，对某些钢种还要进行冷处理。图1 20CrMnTi渗碳后缓冷组织共析渗碳层亚共析过渡层过共析层心部100m二、常见缺陷 1. 表面硬度偏低 原因可能是表面脱碳，或是出现了非马氏体组织等。渗碳后如不直接淬火，在渗碳后冷却和淬火前再加热过程中极易引起脱碳。另外，因表面碳含量过高、淬火冷却不够快或内氧化，则易导致非马氏体组织的形成。2. 渗碳层深度不足或不均匀 渗层深度不足往往是渗碳温度偏低、渗碳时间过短、炉内碳势偏低所致。深度不均匀则说明炉气循环不良或温度不均匀，这往往与炉子结构和零件装炉情况有关。3. 金相组织不合格 例如渗碳层出现网状碳化物或大块碳化物，晶粒粗大，残留奥氏体过多，心

3、部铁素体过多等，其原因既可能与钢材、渗碳工艺有关，也可能与渗碳后的热处理有关，可从如下几方面考虑解决办法：不要采用过高的气氛碳势，从根本上防止生成网状碳化物和大块碳化物；采用本质细晶粒钢防止晶粒长大；采用一次加热淬火（当出现网状碳化物或粗大晶粒时）；采用冷处理以消除或减少残留奥氏体；适当提高淬火温度以减少心部铁素体。4. 渗碳层内氧化 这是一种在钢表面以下发生的选择性氧化的现象。因为渗碳气氛中含有O2、H2O、CO2等氧化性组分，而钢中又含有与氧的亲和力比铁强的合金元素时，则很容易出现内氧化，其深度约为2050cm。内氧化会引起表层硬度、耐磨性、零件疲劳强度和接触疲劳强度等性能的降低。如果零件

4、渗碳后需经过磨削，可将内氧化层除去，如果渗碳后不再进行磨削加工，则不允许出现内氧化层。5. 心部硬度偏高或偏低 心部硬度偏高是由于淬火温度偏高引起的，偏低是由于淬火温度偏低、铁素体没有完全溶解造成的。三、质量检验1. 外观检查2. 渗碳层深度渗碳层深度是对渗碳零件的主要技术要求之一。在生产中采用两种渗碳层深度的定义：一种是全渗碳层深度，即指由表面到达原始成分处的垂直距离；另一种是有效渗碳层深度，即指零件经渗碳淬火后由表面至硬度为550HV处的距离。精确的、重复性好的渗碳层深度测量技术，对于生产检验是十分重要的。目前我国现有的测量方法有化学分析法、金相法和硬度测量法等。（1） 化学分析法 是从试

5、样表面至心部逐层取样进行化学（或光谱）分析，得出碳含量-至表面距离的关系曲线，据此确定全渗碳层深度。但这种方法取样及分析都比较麻烦，所以生产中很少使用，主要用于实验室研究。（2）硬度法 优点是测量便捷、结果精确、设备简单。零件或试样渗碳淬火后切取一小块，用砂纸磨光，然后垂直于渗碳表面测量维氏硬度（试验力为9.8N），作出硬度至表面距离关系曲线，以硬度大于550HV（或对应的HRC）之层深作为有效渗碳层深度。研究表明，渗碳或渗氮齿轮的接触疲劳寿命是随有效硬化层深度的增加而增加的。（3）金相法 有宏观断口法和显微组织法。宏观断口法是工厂炉前常用的检测方法。取渗碳试样淬火后用锤打断、磨光、腐蚀，然后用放大镜测出整个呈乌黑色外层的厚度作为全渗碳层深度，实际是硬化层的厚度。显微组织法是在渗碳空冷的状态下进行检查。目前对显微组织法测量渗碳层深度的标准还不一致，一般对碳素渗碳钢从表面测至过渡区的1/2处为止（所谓过渡区，系指由共析区内沿至心部外沿组织之间的区域），该处的含碳量WC0.4。对于合金渗碳钢，则从表面一直测到出现基体组织为止，以过共析区、共析区和过渡区三者之和作为渗碳层深度。此法测得的渗碳层深度大于宏观断口法测得的渗碳层深度。这种方法中表面至心部之间的过渡层很不明确，检验结果受钢种不